Elektrónový obal atómu

Všetko okolo nás je zložené z atómov. Atóm je neuveriteľne malý, no aj tak má vnútornú stavbu. Skladá sa z dvoch častí:

• Jadro: je v strede atómu, je veľmi malé, ale nesie takmer celú hmotnosť atómu.
• Elektrónový obal: priestor okolo jadra, v ktorom sa pohybujú elektróny.

V jadre a v obale nájdeme tri druhy častíc:

Častica	Kde sa nachádza	Náboj	Hmotnosť
protón (p⁺)	v jadre	kladný (+1)	približne 1 u
neutrón (n⁰)	v jadre	žiadny (0)	približne 1 u
elektrón (e⁻)	v obale	záporný (−1)	asi 1 840-krát menšia ako protón

Počet protónov v jadre udáva protónové číslo $Z$. Práve ono určuje, o aký prvok ide: každý atóm so $Z = 6$ je uhlík, každý atóm so $Z = 8$ je kyslík. Protónové číslo nájdeš pri každom prvku v periodickej sústave prvkov.

Atóm ako celok je elektricky neutrálny. Kladných protónov je v ňom teda rovnako veľa ako záporných elektrónov:

$$\text{počet elektrónov} = \text{počet protónov} = Z$$

Ak by atóm elektróny stratil alebo získal, vznikne ión. Tomu sa venujeme v lekcii Výnimky a ióny.

Elektróny sa v obale nepohybujú chaoticky. Sú usporiadané do vrstiev (hovorí sa im aj slupky alebo energetické hladiny). Vrstvy označujeme písmenami K, L, M, N… alebo číslami n = 1, 2, 3, 4…. Číslo $n$ sa volá hlavné kvantové číslo.

Vrstva	K	L	M	N
n	1	2	3	4
max. počet elektrónov (2n²)	2	8	18	32

Čím je vrstva bližšie k jadru, tým silnejšie jadro priťahuje jej elektróny a tým majú nižšiu energiu. Elektróny vo vrstve K sú k jadru pripútané najpevnejšie. Elektróny vo vzdialenejších vrstvách majú energiu vyššiu a atóm ich ľahšie stratí.

Môžeš si to predstaviť ako poschodia v dome: na prízemí (n = 1) sa býva najpohodlnejšie, a kým nie je prízemie plné, nikto nejde bývať vyššie.

Každá vrstva má obmedzenú kapacitu. Najväčší počet elektrónov, ktorý sa do vrstvy zmestí, vypočítame podľa vzťahu:

$$N_{max} = 2n^2$$

• Vrstva K (n = 1): $2 \cdot 1^2 = 2$ elektróny
• Vrstva L (n = 2): $2 \cdot 2^2 = 8$ elektrónov
• Vrstva M (n = 3): $2 \cdot 3^2 = 18$ elektrónov
• Vrstva N (n = 4): $2 \cdot 4^2 = 32$ elektrónov

Pri ľahkých prvkoch si vystačíme s jednoduchým rozdelením elektrónov do vrstiev:

Prvok	Z	K	L	M
vodík H	1	1
uhlík C	6	2	4
kyslík O	8	2	6
neón Ne	10	2	8
sodík Na	11	2	8	1
chlór Cl	17	2	8	7

Pozor, pri prvkoch od draslíka ďalej sa vrstva M nezaplní celá (na 18) skôr, ako sa začne zapĺňať vrstva N. Prečo to tak je, vysvetlíme v lekcii Pravidlá zapĺňania orbitálov.

Vyskúšaj si to v interaktívnom modeli atómu pod textom: vyber prvok, klikaj na vrstvy K, L, M, N a pridávaj elektróny. Model ti povie, do ktorej vrstvy ďalší elektrón patrí, a ukáže aj valenčné elektróny.

Pri chemickej reakcii sa jadrá atómov nemenia. Menia sa len elektrónové obaly: atómy si elektróny odovzdávajú, prijímajú alebo ich zdieľajú. A najviac sa to týka elektrónov v poslednej, vonkajšej vrstve. Tie nazývame valenčné elektróny.

• Sodík má vo vonkajšej vrstve 1 elektrón a veľmi ochotne ho odovzdá. Preto je taký reaktívny (pozri alkalické kovy).
• Chlór má vo vonkajšej vrstve 7 elektrónov a jeden mu chýba do plnej osmice. Preto elektrón rád prijme (pozri halogény).
• Neón má vonkajšiu vrstvu úplne zaplnenú (8 elektrónov), a preto takmer vôbec nereaguje (pozri vzácne plyny).

Ak teda vieme, ako sú v atóme usporiadané elektróny, vieme predpovedať, ako sa bude prvok správať. Zápisu tohto usporiadania hovoríme elektrónová konfigurácia. Aby sme ju vedeli zapísať presne, musíme sa pozrieť hlbšie, na orbitály a kvantové čísla.